بهینه سازی مصرف انرژی در واحدهای ذوب با کوره های القایی 164 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 164

بهینه سازی مصرف انرژی در واحدهای ذوب با کوره های القایی

مهندس علیرضا افسریان فرد،مدیر تولید شرکت صنعتی شوفاژ کار

چکیده:

پس از شوک نفتی سال 1973 کشورهای پیشرفته ی صنعتی مجبور شدند تا به مساله انرپی که نیروی محرکه صنعت و رفاه اجتماعی آنها بود به شکل جدی تری بنگرند.

شاید یکی از دلایل به وجود آمدن آژانس بین المللی انرژی د رسال 1974 به رهبری کشور آمریکا که به تنهایی یک چهارم کل انرژی مصرفی جهان را مصرف می کند نیز ناشی از این مساله باشد.

یکی از وظایف این آژانس تهیه و تدوین برنامه های ذخیره سازی انرژی برای کشورهای عضو بود که در چهار چوب موارد ذیل ارایه می شود.

کاهش شدت انرژی

جایگزینی سوخت مقرون به صرفه

کاهش انرژی بری محصولات مصرف کننده ی انرژی

در علم اقتصاد مشخص شده است که یک ارتباط مستقیم بین مصرف انرژی سرانه با تولید نا خالص سرانه و رشد اقتصادی و رفاه و استاندارد زندگی وجود دارد.

نسبت تغیرات مصرف انرژی GPD (تولید ناخالصی ملی )

1985- 1995

متوسط رشد GPD متوسط رشد انرژی

آمریکا 2.3 1.08

آلمان 3.5 0.7-

چین 9.9 4.3

ترکیه 2.9 2.8

مصر 4.8 2.5

ایران 1.2 4.7

در جدول فوق نسبت تغیرات مصرف انرژی به تغیرات تولید ناخالص ملی ارایه شده است.با کمی دقت به این جدول به خوبی می توان دریافت که نحوه ی استفادهدیما از انرژی با کشورهای پیشرفته ی صنعتی و حتی کشورهای د رحال توسعه بسیار متفاوت است.فلذا با توجه به محدودیت منابع انرژی از یک سو و اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویه ی انرزی به صورت یک ضرورت انکار نا پذیر در آمده است.

بر اساس آمارهای موسسه ی آمارهای انرژی در بخش صنعت 30% از انرژی مصرفی به علل بهینه نبودن نوع مصرف به هدر می رود.

و از سوی دیگر صنایع فلزی از نظر انرژی بری پس از صنایع شیمیایی در رتبه ی دوم قرار دارند فلذا لزوم توجه بیشتری به مقوله ی مصرف انرژی در این صنعت احساس می شود.

یکی از بخش هایی که در بخش ریخته گری بیشترین انرژی را مصرف می کند واحد کوره می باشد.که این مقاله پاره از راهکارهای علمی و عملی جهت بهینه سازی مصرف انرژی در واحد ذوب با کوره ی القایی را مورد بحث قرار می دهد.

لازم به ذکر است که این روش ها در شرکت صنعتی شوفاژ کار به کار گرفته می شود و کاهش قابل توجه مصرف انرژی و در نهایت قیمت تمام شده محصول را به دنبال دارد.

در راستای بهینه سازی مصرف انرژی در شرکت صنعتی شوفاز کار کمیته ای تحت عنوان کمیته بهره وری انرژی تشکیل شد که اعضای آن به شرح ذیل بودند:

مدیر کارخانه

مدیر واحد تولید

مدیرواحد تعمیرات و نگهداری

مدیرواحد برق

مدیر واحد برنامه ریزی

ریوس فعالیت های این کمیته عبارت بودند از:

حساس سازی

تعیین مراکز اصلی مصرف انرژی

اندازه گیری مصرف انرژی در واحد های مختلف

ایجاد انگیزه برای صرفه جویی

هدف گذاری و اولویت بندی اهداف

آموزش پرسنل درخصوص راهکارهای بهینه سازی

اطلاع رسانی و گزارش دهی موفقیت ها

جلب نظر مدیریت ارشد برای سرمایه گذاری

Monitoring & Taregting

اولین گام از حرکت کمیته بهره وری انرژی به سوی بهینه سازی مصرف ،اجرای یک متولوژی سیستماتیکی تحت عنوان نطارت و هدف گذاری می باشد.که به کمک این فاز می توان به اهداف زیر رست یافت:

بررسی میزان مصرف انرژی نسبت به گذشته

اثرات فصول سال بر آن

پیش بینی مصرف انرژی د رآینده با توجه به تغیرات حاصله

شناسایی دقیق تلفات انرژی

مقایسه با سایر صنایع مشابه

برسی روند تغیرات در گذشته

برنامه ریزی و هدف گذاری

مقاله درمورد بهینه سازی انرژی در ساختمان

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 12

بهینه سازی انرژی در ساختمان

مقدمه

مساله انرژی در کشور ما سالها مورد توجه در خور نبوده و یارانه های آشکار و پنهان دولتی هموار مردم را از توجه واقعی به ارزش انرژی در اشکال مختلفش باز می داشته است. ولی به دلایل مختلف در سالهای اخیر محاسبه میزان مصرف صرفه جوئی انرژی بعنوان یک ضرورت قطعی و چاره ناپذیر، پدیدار گشته است. سرعت رشد مصرف داخلی انرژی به حدی است که با روند موجود توسعه ی منابع نفتی شاید با گذشت چند سال و اندمی دیگر قادر به صادرات نفت نباشیم.

در بخش ساختمان انرژی کشور بیش از یک سوم انرژی مصرفی کشور را به خود اختصاص داده، که به نظر می رسد ارزش آن به قیمت جهانی سالیانه بر ۶ میلیارد دلار می گردد و به علت این مشکل فرهنگی که قدر انرژی کمتر دانسته شده است، اکثر قریب به اتفاق ساختمان های کشور فاقد ضوابط فنی شناخته شده برای جلوگیری از به هدر رفتن انرژی سرمایی یا گرمایی می باشد و در شرایط جدید کشور و بنا به امکانات جدید صنعتی بوجود آمده و نیز با توجه به نبود ضوابط لازم برای صرفه جوئی در مصرف انرژی تاسیسات مکانیکی و برقی ساختمان، پیشرفت جهانی دانش فنی و تجربه های مثبت داخلی لازم بود که تا حدودی به فکر این مقوله مهم باشند.

مولف: مظفر رمضانی ورزرد

دی ماه ۱۳۸۷

کلیات

طراحی عایق کاری حرارتی (گرمابندی) متناسب اجزای تشکیل دهنده پوسه خارجی ساختمان بر مبنای اصول عواقب و ضوابطی چند صورت می گیرد. عدم شناخت یا عدم رعایت این اصول موجب انتخاب راه حل هایی می گردد که از نظر کارایی و دوام با کمبود مشکلاتی همراه هستند بطور کلی، اجزای تشکیل دهنده پوسته خارجی ساختمان ها باید حداقل خواص زیر را داشته باشد:

محدود کردن انتقال حرارت در حد مقادیر مجاز مبحث مقررات ملی ساختمان

انتقال بخار آب یا سد نمودن آن

آب بندی و نم بندی در صورت لزوم

پایداری و دوام در برابر تنش های وارده (نیروی استاتیکی و دینامیکی)

سازگاری ساختاری و رفتاری با سازه ساختمان

پایداری کافی در برابر آتش

مقاومت در برابر نفوذ جانداران

سازگاری با بهداشت و سلامتی ساکنین محیط زیست

صدا بندی

و برای هدفمند کردن خواص فوق باید در هر ساختمان کلیه آنها در نظر گرفته شوند.

تعاریف

احداث:

بر پا کردن ساختمان در روی زمین خالی

اینرسی حرارتی:

قابلیت کلی پوسته خارجی و دیوارها داخلی در ذخیره انرژی و باز پس دادن آن برای به حداقل رساندن نوسان های دما و بارگیری – سرمایی در فضاهای کنترل شده ساختمان.

بازسازی:

دوبار سازی بخش های عمده ساختمان که در اثر سانحه یا فرسودگی آسیب دیده اند.

بازشو:

کلیه سطوح در پوسته ی خارجی ساختمان که برای ایجاد دسترسی، تامین روشنائی، دید به خارج، خروج گاز حاصل از سوخت، تهویه و تعویض هوا ایجاد می گردند.

پوسته خارجی:

کلیه سطوح پیرامونی ساختمان، اعم از دیوارها، سقف ها، کف ها، بازشوها ، سطوح نور گذر، نظایر آنها کهاز یکطرف با قضای خارج و یا فضای کنترل نشده، و از طرف دیگر با فضای کنترل شده داخل ساختمان در ارتباط هستند.

تهویه:

روند دمیدن و یا مکیدن هوا از طریق طبیعی یا مکانیکی به هر فضایی یا از هر فضایی، برای تامین شرایط بهداشت و سلامت چنین هوایی می تواند مطبوع باشد.

دیوار:

بخشی از پوسته خارجی غیر نور گذر ساختمان که عمود است.

عایق (عایق حرارت):

مصالح یا سیستم مرکبی که انتقال گرما را از محیطی به محیطی دیگر بطور موثر کاهش می دهد. در مواردی عایق حرارت می تواند علاوه بر کاهش انتقال حرارت، توانایی های دیگر نیز مانند باربری، صدابندی، داشته باشد.

ارائه راهکارهایی برای صرفه جویی در مصرف انرژی 12 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 15

ارائه راهکارهایی برای صرفه جویی در مصرف انرژی

اسماعیل فاتحی‌فر، سعید پاک‌نیا، پیمان کشاورز

دانشگاه شیراز، دانشکده مهندسی، بخش مهندسی شیمی، شیراز، ایران

چکیده

با توجه به افزایش مصرف انرژی، محدود بودن منابع طبیعی، حرکت در راستای طرح توسعه پایدار و حفظ محیط زیست بایستی تا حد امکان از هدر رفتن و تلف شدن انرژی جلوگیری شود. در این تحقیق کارهایی که بایستی در این زمینه انجام بگیرد مورد بررسی قرار گرفته و نمونه‌هایی از کارهایی که می‌توان انجام داد به تفضیل ارائه شده‌اند. از جملة کارهای علمی و کاربردی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 1- استفاده از تکنولوژیهای جدید و مواد اولیه بهتر و سازگار با محیط زیست. 2- استفاده بهینه از مواد و بازیابی آنها در صنایع مختلف. 3- بهینه‌سازی واحدهای صنعتی و تولیدی. 4- بالا نگهداشتن قیمت انرژی. 5- یافتن کاربردهای جدید برای موادی که به وفور یافت می‌شوند و فعلاً کم مصرف هستند. 6- استفاده از انرژیهای نو و تجدیدپذیر. 7- آموزش مصرف انرژی به افراد از طریق رسانه‌های ارتباط جمعی. 8- توسعه فرهنگ عامه مردم در جهت مصرف کمتر و بهینه از انرژی.

کلمات کلیدی: صرفه‌جویی، مصرف انرژی، راهکارها، جدید، بهینه سازی، بالا بردن فرهنگ عامه.

مقدمه

کشور پهناور ایران دارای منابع و ذخایر بزرگ انرژی است. در حال حاضر تعداد 85 میدان نفتی کشف شده در کشور وجود دارد. از لحاظ ذخایر گازی، ایران دومین مقام را در جهان دارد. ذخایر گازی باقیمانده در ایران در حدود 2616 تریلیون متر مکعب می‌باشد. منابع دیگر انرژی مثل ذغال سنگ و … نیز در کشور وجود دارد ]1[. با توجه به افزایش مصرف انرژی، محدود بودن منابع طبیعی، حرکت در راستای طرح توسعه پایدار و حفظ محیط زیست بایستی تا حدامکان از حدر رفتن و تلف شدن انرژی جلوگیری شود. برای این منظور بایستی در زمینه استفاده بهینه از منابع انرژی در کشور قدمهایی برداشته شود.

واژه بهینه‌سازی ترجمه کلمه optimization است که در ریاضیات مفهوم خاص خود را دارد و در کشور ما نیز در زمینه های مختلف از جمله انرژی مورد استفاده قرار گرفته ‌است. بهینه‌سازی مصرف انرژی برای یک فرایند می‌تواند به صورت موضعی (Local) و یا بصورت جامع (Global) برای یک سیستم که متشکل از چندین فرایند است، انجام شود. بر اساس تئوری بهینه‌سازی، نتیجه بهینه‌سازی برای چندین فرایند به صورت جداگانه الزاما برابر با نتیجه بهینه‌سازی به صورت جامع نیست و بنابر تعریف، بهینه‌سازی به صورت جامع می‌تواند در برگیرنده ترکیبی از دو فرایند و یا چندین فرایند باشد. اعمال بهینه‌سازی بصورت جامع نیاز به درک صحیح دینامیک انرژی ‌بری تجهیزات هر یک از فرایندها دارد و به مراتب پیچیده‌تر از به کارگیری روش بهینه سازی موضعی می‌باشد. روشهای کنترل که بر اساس دینامیک انرژی بری و نظارت بر تمامی فرایندها کار می‌کنند و یا تکنولوژیPinch که مبتنی بر اصل کاهش مصرف انرژی از طریق ترکیب فرایندها و یا Process integration است، از جمله روشهای بهینه سازی به صورت جامع هستند ]2[.

به غیر از تقسیم‌بندی روشهای بهینه‌سازی به موضعی و جامع، تقسیم‌بندی دیگری نیز وجود دارد که بر اساس هزینه های لازم برای انجام بهینه‌سازی می‌باشد و عبارتند از روشهای با هزینه پایین یا بدون هزینه، روشهای با هزینه متوسط و روشهای با هزینه بالا. از روشهای بدون هزینه می توان به موارد زیر اشاره کرد: انتخاب سوخت و یا حامل انرژی بهتر، تنظیم ساعات کاری، تنظیم نورپردازی، تنظیم دمای سیستم آبگرم، تنظیم فشار در سیستمهای هوای فشرده و … ]2[.

در این تحقیق کارهایی که می‌تواند در زمینه کاهش مصرف انرژی مفید واقع شود در چند گروه دسته‌بندی شده و در هر مورد مثالهایی که از روشهای گفته‌ شده استفاده کرده‌اند و نتیجه مطلوب گرفته‌اند بیان شده ‌است.

پیشنهادات برای کاهش مصرف انرژی

کارهایی که می‌توان برای کاهش مصرف انرژی پیشنهاد داد به شرح زیر می‌باشند.

1- استفاده از تکنولوژیهای جدید و مواد اولیه بهتر و سازگار با محیط زیست

یکی از مواردی که باعث کاهش مصرف انرژی می شود استفاده از تکنولوژیهای جدید و مواد اولیه با کیفیت بالا می‌باشد. اکثر واحدهایی که در کشور وجود دارند قدیمی بوده و نشتیهای زیادی در قسمتهای مختلف آنها وجود دارد یا راندمان آنها پایین است و بعضی وقتها کیفیت محصولات تولیدی قابل قیاس با مشابه‌های خارجی نیست. لذا بهتر است در مورد صنایع موجود در کشور بررسیهای علمی و دقیق‌تر انجام گیرد تا واحدهایی که انرژی بالایی مصرف می‌کنند شناسایی شوند و در راه تغییر فرایند و کارهای دیگر اقدام شود. از جمله کارهایی که در کشورهای مختلف در این زمینه انجام شده‌است می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-1- استفاده از MDEA (متیل دی اتانل آمین) در صنایع پالایش گاز و شیرین‌سازی آن: در صورت استفاده از این ماده، ظرفیت واحد بالا، انرژی مورد نیاز کم و در نتیجه کاهش سرمایه‌گذاری را باعث می‌شود. این آمینها می‌توانند تا غلظتهای بالای 50% مورد استفاد قرار گیرند ولی آمینهای خیلی خورنده مثل MEA و DEA حداکثر تا غلظتهای به ترتیب 15 و 30% می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. آمینهای بر پایه MDEA در غلظتهای بالا فعالیت بیشتری برای حذف گازهای اسیدی دارند. بنابراین هر گالن از محلول حجم بالایی از گاز را تصفیه خواهد کرد. همچنین اپراتورها می‌توانند جریان برگشتی را کم کنند و در نتیجه توان کمتری برای کار پمپها لازم است. همچنین در ریبویلر به خاطر اینکه انرژی کمتری برای شکستن پیوند بین آمین و گاز اسیدی لازم است، انرژی کمتر مصرف می شود. انتخاب پذیری بالای MDEA باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود و نیز به علت خاصیت خورندگی کم آن، طول عمر تجهیزات افزایش می‌یابد و هزینه‌های نگهداری نیز کمتر می شود. برای مثال واحدی را در نظر بگیرید که از حلال MDEA برای تصفیه MM scfd 60 گاز طبیعی و حذف سولفید هیدروژن تا کمتر از ppm 4 استفاده می‌کند. در این حالت 9 میلیون Btu بر ساعت انرژی مصرف می شود. اگر از DEA استفاده شود برای تصفیه MM scfd 45 مقدار انرژی مصرفی 16 میلیون Btu بر ساعت خواهد بود. مشاهده می شود که در استفاده از MDEA، 33% گاز بیشتر با 56% انرژی کمتر تصفیه می‌شود و در صورت تبدیل واحد از DEA به MDEA، ظرفیت واحد از 75 به 90 افزایش می‌یابد ]3[. خوشبختانه در پالایشگاه گاز در عسلویه نیز از این ماده استفاده می‌شود.

1-2- استفاده از لامپهای گوگردی: که در محیطهای شهری و هم صنعتی کاربرد خوبی دارند و از لامپهای فلورسنت روشنایی بیشتر و بازده بیشتری دارند. از جمله ایرادهای این محصولات، سمی بودن ترکیبات گوگرد در اثر شکستن و آلوده کردن محیط زیست است. بنابراین آنها در یک محفظه شیشه‌ای محکم تعبیه شده‌اند ]4[.

کار و انرژی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 12 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

کار و انرژی

تا بحال در مورد دینامیک بطور مفصل بر حسب نیرو، اندازه حرکت و … صحبت کرده‌ایم.

آنچه تا بحال می‌کرده‌ایم چنین بوده است که نیروی یک عامل طبیعی را بر ذره مورد بحث خود بدست می‌آوردیم (با اندازه‌گیری و …) سپس از روی این نیروی طبیعی، شتاب ذره را بدست می‌آوردیم. آنگاه با دانستن شرایط اولیه مسأله یعنی و حرکت ذره را برای زمان‌های بعدی پیش‌بینی می‌کردیم.

اما راه‌ دیگری امکان‌پذیر نیست؟ نمی‌توان جای بردار از کمیت اسکالری استفاده کرد؟ یا اینکه اصلاً را بدست نیاوریم بلکه صرفاً رابطه بین و را بدست آوریم بدون آنکه بخواهیم بدانیم که هر کدام بر حسب زمان چه مقادیری دارند یعنی که سرعت وقتی مکان ذره باشد چه برداری می‌شود: در خیلی از مسایل ما به این نیاز داریم و گاهی هم صرفاً همین برایمان مهم است. اگر از روش قدیمی استفاده کنیم می‌بایست و را بر حسب بدست آوریم آنگاه در این بین پارامتر را حذف کنیم تا با هم مستقیم رابطه یابند.

سؤالهای مختلفی پیش می‌آید مثلاً این که آیا فرآیند همواره امکان‌پذیر است؟ در صورتی می‌شود چنین رابطه‌ای را به طور مناسب برقرار دانست که بعضی خواص ریاضی را و داشته باشند تا حالت تابع داشته باشد یعنی اینکه . ممکن است در دو زمان و ، ها یکی باشند ولی سرعت‌ها فرق کنند. مثلاً وقتی پرتابه‌ای را به سمت بالا پرتاب می‌کنیم اگر موقع رفت در ارتفاعی خاص سرعتش باشد در موقع برگشت در همان ارتفاع سرعتش است و به ازای یک ، 2 تا داریم. اما جالب اینجاست که اندازه در هر دو حالت یکسان می‌ماند.

پس شاید بهتر باشدرا بدست آوریم یعنی اندازه سرعت را. خواهیم دید که در خیلی از مسایل این است که مهم است نه بردار .

نکته دیگر آن که آیا به ازای همه ها لزوماً وجود دارد. یعنی اصلاً به همه نقاط فضا می‌توان دسترسی یافت؟ این امری است که قطعاً در یک حرکت اتفاق نمی‌افتد زیرا مسیر حرکت یک ذره صرفاً منحنی است ولی مجموعه‌ای از تمام حرکات ممکن که از یک نوع نیروی طبیعی نتیجه می‌شوند آیا می‌توانند تمام فضا را بپوشانند و اگر چنین کردند اگر در نقطه‌ای در مسیر همدیگر را قطع کردند آیا لزوماً در دو مسیر اندازه سرعت‌ها یکسان خواهد بود .

اینها سؤالات و موضوعاتی هستند که ما را به سمت تعاریفی جدید پیش می‌برند. آنکه سعی کنیم یک اثر طبیعی را مثلاً با یک تابع اسکالر نشان دهیم جای آنکه بردار نیروی آن را در فضا مشخص کنیم. خوب ببینیم چه می‌شود؟

کار نیروی متغیر

فرمول    در صورتی صحیح است که نیروی  F مقدار ثابتی باشد و یا اگر

متغیر است مقئار متوسط نیرو برابر F است در حالت کلی کار نیروی متغیر مکان  F در

تغییر مکان از   تا   از رابطه  به دست می آیداگر نمودار نیرو بر

حسب جابجایی معلوم باشد کار انجام شده در هر جابجایی با جمع جبری مساحتهای سطوح

محصور بین نمودار نیرو و محور جابجایی برابر است

انرژی پتانسیل

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 14 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

انرژی پتانسیل

نگاه اجمالی

انرژی به شکلهای مختلف پدیدار می‌شود. یکی از آنها انرژی پتانسیل یا انرژی ذخیره‌ای است. این شکل انرژی چه شباهتها یا چه تفاوتهایی با صورتهای دیگر انرژی دارد؟ چگونه می‌توانیم از آن بهره گیری کنیم؟ انرژی شیمیایی به انرژی هسته‌ای ، انرژیِ گرانشی ، انرژیِ الکتریسته ساکن و انرژی مغناطیسی ، نمونه‌هایی از انرژی پتانسیل هستند. انرژی پتانسیل می‌تواند برای ما اهمیت زیادی داشته باشد.

برای مثال ، هنگامی که تلویزیون روشن می‌کنیم و مأموریت رفت و برگشت سفینه‌ای فضایی را به تماشا می‌نشینیم، در واقع از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنیم که از انرژی پتانسیل (مثلا انرژی پتانسیل گرانشی آب ذخیره شده در پشت سد) حاصل می‌شود. یا تبدیل انرژی پتانسیل شیمیایی موجود در سوخت موشکها به انرژی جنبشی است، که سفینه از سکوی پرتاب به فضا پرتاب می‌شود. باتریهای مورد استفاده از فلاش دوربینها یا در رادیوهای کوچک ، بنزین مصرفی برای راندن اتومبیلی و بالاخره ، غذایی که می‌خوریم همه و همه محتوی انرژی پتانسیل هستند.

سیر تحولی و رشد

با توجه به نقش مهم انرژی پتانسیل در عرصه‌های دانش به فناوری زندگی روزانه ، ممکن است چنین تصور شود که از زمان تشخیص شناسایی این انرژیِِ مدتی طولانی گذشته است، اما اینطور نیست. مفهوم نیرو را که بستگی نزدیکی با انرژی پتانسیل دارد. اولین بار آیزااک نیوتن در قرن هفدهم مطرح کرد. ولی مفهوم انرژی یا پایستگی انرژی تا قرن نوزدهم مطرح نشد. مدتها قبل از آن ، در اواخر قرن هفدهم ، هویگنس در بحث حرکت ، به انرژی پتانسیل اشاره کرده بود؟ اما اصطلاح انرژی پتانسیل را بکار نبرده بود و اهمیت آن را نیز در نیافته بود. در اوایل قرن هیجدهم ژاک برنولی کار مجازی را که مشابه انرژی پتانسیل است توصیف کرده ، ولی به اهمیت آن پی نبرد.

در اواخر قرن هیجدهم و اوایل قرن نوزدهم ، ژوزف لاگرانژ ، لاپلاس ، پواسون و جورج گرین مفهوم پتانسیل الکتریکی را (که به انرژی پتانسیل الکتریکی بسیار نزدیک است). در فرمول بندی ریاضی اثرات الکتریکی بکار بردند، اما آن هم به اهمیت انرژیِ پتانسیل پی نبرد. تمرکز این دانشمندان روی مباحث مکانیک و گرما بود. بحثهای بعدی تمام حوزه‌های علوم فیزیکی را در برگرفت. پس از این کارها بود که با تلاش بسیاری از مهندسان و دانشمندان توجه به اهمیت انرژی پتانسیل بیشتر و بیشتر شد.

انرژی پتانسیل در کجا و چگونه ذخیره می‌شود؟

انرژی پتانسیل ، نوعی انرژی ذخیره شده است. انرژی پتانسیل ، اثری سیستمی است و برای جسمی کاملا منزوی وجود ندارد. جسم به اعتبار خود کمیت مکانی‌اش نسبت به سایر اجسامی که بر آن نیرو وارد می‌کنند و یا به دلیل موقعیت مکانی‌اش در میدانی که بر آن نیرو وارد می‌کنند، دارای انرژی پتانسیل است. هیچ جسم منفردی انرژی پتانسیل ندارد. همه اجسامی که برهمکنش متقابل دارند، بطور جمعی انرژی ذخیره می‌کنند.

توپی که روی میز است انرژی پتانسیل گرانشی دارد و این به گونه‌ای است توپ و زمین هر دو در ذخیره سازی این انرژی سهیم‌اند. این انرژی از آنجا ناشی می‌شود که زمین و توپ بر یکدیگر نیرو وارد می‌کنند. اگر توپ با زمین در مکان خود نبودند انرژی پتانسیل گرانشی نمی‌توانست وجود داشته باشد. در دور و میدان نیز انرژی پتانسیل از فضایی که میدان وجود دارد ذخیره می‌شود.

ویژگیهای انرژی پتانسیل

• در واقع ، این تغییرات انرژی پتانسیل است که در خور اهمیت است نه مقدار آن قبل یا بعد تغییر. اگر چه مکانی که در آن انرژی پتانسیل صفر می‌تواند انتخاب مفیدی باشد به مانند سطح دریا به عنوان مبنای صفر انرژی پتانسیل گرانشی زمین و یا سطح داخلی خازن استوانه‌ای به عنوان مبنای صفر انرژی الکتریکی ذخیره شده در آن ، اما این انتخابها هیچ یک الزامی نیست. زیرا آنها اختلاف انرژی پتانسیل بین مکانهای مختلف است که اهمیت دارد. اندازه اختلاف پتانسیل هرگز هیچ ربطی به چگونگی پیدا شدن آن ندارد. یعنی این تغییر مستقل از مسیر است. این یکی از ویژگیهای اساسی انرژی پتانسیل است.

• تغییرات انرژی پتانسیل ممکن است به پیدایش انرژی جنبشی ، انرژی الکتریکی ، یا انرژی گرمایی منجر شود. فناوری نوین بر همین پایه استوار است، دستیابی به چنین تغییری به پایداری انرژی ذخیره شده بستگی دارد. برای انرژی پتانسیل سه نوع منحنی می‌توان در نظر گرفت: اگر چه این سخنها معرف همه حالتها نیستند، اما نشان می‌دهند که چگونه انرژی پتانسیل ممکن است با مکان تغییر کند.

• می‌توان جسم کوچکی مثل گلوله‌ای مرمرین را روی یک کاسه وارونه (در حالت ناپایدار) ، درون کاسه (در حالت پایدار) یا در فرورفتگی کاسه وارونه‌ای که لبه دارد (در حالت شبه پایدار) در نظر گرفت. آنگاه کاسه نقش منحنی انرژی پتانسیل هسته‌ای را خواهد دانست.

• در حالت پایدار تغییر نامحتمل است.

• در حالت شبه پایدار غلبه بر سد پتانسیل (یعنی بالا رفتن از لبه) مستلزم انرژی اضافی است، مثلا این انرژی اضافی می‌تواند از جرقه‌ای که بخار بنزین را در سیلندرهای موتور خودرو مشتعل می‌کند ناشی می‌شود. در برخی موارد نادر هیچ انرژی اضافی لازم نیست. مثل وقتی که ذره‌ای در هسته اتم سد پتانسیل را طی فرآیندی به نام تونل زنی سوراخ می‌کند.

کاربرد حالتهای انرژی پتانسیل در صنعت

در فناوری نوین تعادل شبه پایدار ترجیح داده می‌شود. زیرا انرژی پتانسیل می‌تواند تا زمانی که ما بخواهیم در حالت تعلیق باقی بماند. که نمونه آن در روشن کردن رادیوی ترانزیستوری و تبدیل انرژی شیمیایی باتری به انرژی الکتریکی می‌توان نشان داد.

تغییر انرژی پتانسیل

هر تغییر انرژی پتانسیلی به پیدایش نیرویی می‌انجامد. نیروی گرانشی ای که در حالت تعادل ناپایدار موجب می شود که گلوله روی سطح خارجی کاسه به پایین بلغزد. اندازه ی نیرو را از شیب سختی می‌سنجیم. هر چه این شیب تندتر باشد قویتر است. البته همه نیرو ، از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند. نیروهایی که این گونه‌اند. نظیر نیروی گرانشی و نیروی کولنی نیروی تابعی پایستاری ، داریم:

F = - du/dx و u = -∫F dx

که در آن F نیرو ، u انرژی پتانسیل و x مکان است.

• نیروهایی که از تغییر انرژی پتانسیل ناشی نمی‌شوند، نظیر نیروی اصطکاک ، نیروهای ناپایستارند. برای چنین نیروهایی ، انرژی پتانسیل قابل تبیین نیست.

تجربه ژول

در اکثر مشاهدات روزمره، می بینید که انرژی مکانیکی یک جسم از انرژی پتانسیل به جنبشی و یا بالعکس تبدیل می شود. اما اگر با دقت سیستم‏های مکانیکی را مطالعه کنیم یا برای مدت طولانی حرکت آنها را بررسی کنیم، مشاهده می‏ کنیم که قانون بقای انرژی مکانیکی نقض می‏ شود.